Barel kesici takım kullanılarak pervane kanatlı turbo disklerin ince işleme performansının deneysel ve sayısal analizi - Uluğ, Derya (My University, 2025)
Bu tez kapsamında, pervane kanatlı turbo disk (Blisk) üretiminde karşılaşılan karmaşık, küçük ve dar kesitli kanat geometrilerinin doğrudan ince frezeleme yöntemiyle işlenmesine yönelik kesici takım performansı artırılması amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda, 17-4 PH paslanmaz çeliğin kullanıldığı eşzamanlı 5 eksen frezeleme işlemlerinde, üç farklı kesme hızı (23,6 - 29,8 ve 36,1 m/ dk) ve üç farklı ilerleme miktarı (0,0175 - 0,0250 ve 0,0350 mm/ diş) kullanılarak, barel formlu parmak freze takımının işleme performansı üzerindeki etkileri incelenmiştir. Optimum işleme parametrelerinin; en düşük kesme kuvveti (25,87 N) 29,8 m/ dk ve 0,0250 mm/ diş parametresinde; en iyi yüzey pürüzlülüğü (0,403 µm) 36,1 m/ dk ve 0,0175 mm/ diş parametresinde; en düşük profilden sapma (0,049 mm) ise 23,6 m/ dk ve 0,0175 mm/ diş olduğu tespit edilmiştir. Ayrıca, takım yolu sayısına bağlı bulguların lineer olarak artması, “değişken kesme hızı ve ilerleme miktarı” uygulanarak optimum kesme kuvvet ve moment dağılımı sağlanabileceğini ön görülmüştür. Sonlu Elemanlar Analizi (SEA) ile yapılan mekanik analizlerde, barel kesici takımın temel doğal frekansı 1658,5 Hz olarak belirlenmiş, kritik burkulma yükü ise 27.529 N olarak hesaplanmıştır. Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) analizlerinde ise en iyi yüzey kalitesinin belirlendiği çalışma şartında, Blisk’in hava akışına karşı göstermiş olduğu direnci cidar kayma gerilmesi ve sürtünme faktörü analizi ile incelenmiştir. Sürtünme faktörü katsayısı 0,0184 olarak hesaplanırken, cidar kayma gerilmesi 0,0541 Pa olarak bulunmuştur. Bu çalışma, savunma ve havacılık sektörünün önemli konularından biri olan Blisk işleme konusuna bilimsel bir yaklaşımla çözüm getirilmiş olup, geliştirilen yöntem ile Blisk imalatında barel kesici takım kullanımının teşvik edilmesiyle birlikte özellikle havacılık sektöründe üretim süreçlerinin verimliliğine önemli katkılar sağlanmıştır.

In this thesis, it is aimed to increase the cutting tool performance for machining complex, small and narrow section blade geometries encountered in the production of propeller blade turbo disc (Blisk) by direct fine milling method. For this purpose, the effects of barrel form end mill cutter on the machining performance were investigated in simultaneous 5-axis milling operations using 17-4 PH stainless steel, by using three different cutting speeds (23.6 - 29.8 and 36.1 m/ min) and three different feed rates (0.0175 - 0.0250 and 0.0350 mm/ tooth). The optimum machining parameters were; lowest cutting force (25.87 N) at 29.8 m/ min and 0.0250 mm/ tooth parameters; best surface roughness (0.403 µm) at 36.1 m/ min and 0.0175 mm/ tooth parameters; the deviation from the lowest profile (0.049 mm) was determined as 23.6 m/ min and 0.0175 mm/ tooth. In addition, it was predicted that the findings depending on the number of tool paths would increase linearly and that optimum cutting force and moment distribution could be achieved by applying “variable cutting speed and feed rate”. In the mechanical analysis made with the Finite Element Method (SEA), the fundamental natural frequency of the barrel cutting tool was determined as 1658.5 Hz and the critical buckling load was calculated as 27.529 N. In the Computational Fluid Dynamics (CFD) analysis, under the operating condition where the best surface quality was determined, the resistance of the Blisk against air flow was investigated by wall shear stress and friction factor analysis. The friction factor coefficient was calculated as 0.0184, while the wall shear stress was found to be 0.0541 Pa. This study has brought a scientific approach to the Blisk processing issue, which is one of the important issues in the defense and aviation sector, and with the developed method, significant contributions have been made to the efficiency of production processes, especially in the aviation sector, by encouraging the use of barrel cutting tools in Blisk manufacturing.
Experimental and numerical analysis of finishing performance of turbo disks with propeller blades using barrel cutting tool
Keywords: 17-4 PH Paslanmaz Çelik; 17-4 PH Stainless Steel; Barel Kesici Takım; Barrel Cutting Tools; Blisk İşleme; Blisk Machining; Cutting Parameters Optimization; Finishing; İnce Frezeleme; Kesme Parametrelerinin Optimizasyonu; Machine tools; Makine mühendisliği; Makine-takım tezgahları; Mechanical engineering; Pervane Kanatlı Turbo Disklerin İşleme; Turbo Discs with Propeller Blades Machining